Kokemuksia ja tietoja kasvien keruun ja kuivauksen kehittämisestä ELLA- ja KATE-hankkeissa

Transkriptio

1 Kokemuksia ja tietoja kasvien keruun ja kuivauksen kehittämisestä ELLA- ja KATE-hankkeissa Rovaniemen ammattikorkeakoulun ja Lapin 4H-piirin yhteisesti toteuttamien ELLA- ja KATE-hankkeiden (v ) lähtökohta todetaan yhteenvetoraportissa: Luonnontuotealan kasvituotannon ja teknologian kehitys (KATE) hankkeen lähtökohtana oli lappilaisten kasviraaka-aineiden hyödyntämisen edellytysten parantaminen teknologia- ja kenttätyön kehittämisellä. Alkutuotannon teknologiakehitystyö aloitettiin ja toimintamalli luotiin Luonnontuote- ja erikoiskasvialan laitekehityshankkeen (ELLA) aikana. Kasvien kuivauksen kehittäminen oli yksi osa-alue näissä hankkeissa. 1

2 Kuvassa mustikanversoa kerätään mönkijä-imuvaunulla. 2

3 3

4 1. Kuivauksen kehittäminen 1.1. Kuivaustilasta mietittäviä asioita - Mitä kasveja ja millaisia kasvimääriä kuivataan vuorokaudessa ja vuodessa - Kuivaustilan koko ja paikka, puhtaus, ilmanvaihto, varastotilat. Tiloihin ei saa päästä tuholaisia eikä pölyä. - Miten materiaalin saapuminen ja lähteminen tapahtuu - Miten kuivurin lastaus ja purku tapahtuu: käsin, nosturilla, kuormaajalla - Tuoreen ja kuivan materiaalin käsittelytilat tulee olla riittävät - Varastotilat 1.2. Kuivurin kehittäminen / valinta - Millaisia määriä kuivataan kerralla? Kuinka usein lastataan uutta? Kuinka usein pöyhitään? - Energian lähde: sähkö, hake, öljy, aurinkolämpö, maalämpö tai joku muu - Millaiseksi halutaan kuivauksen valvonta o Mitkä ovat mitattavat suureet ja miten halutaan tiedonkeruu: lukema paikanpäällä, etävalvonta, hälytykset - Pinnat tulee olla helposti puhdistettavat - Elintarvikkeiden kanssa kosketuksiin joutuvat materiaalit elintarvikekäyttöön soveltuvia - Ergonomia 4

5 2. Lämminilmakuivureiden ja -kuivauksen kehitystä ELLA- ja KATE-hankkeissa 2.1. Aurinkoenergian käyttömahdollisuuksia kuivauksen kannalta tutkittaessa tavoitteena oli auringon tuottaman lämpöenergian saaminen hyödyksi ja näin alentaa kuivauksen sähköenergian tarvetta. Tutkimusvälineenä käytettiin RAMK:lla rakennettuja aurinkokeräimiä (Hämäläinen, Rantapirkola, Pikkupeura, Määttä). 5

6 2.2. Testikuivuri Kuivureiden energiataloudellisia ratkaisuja etsittiin mm. tutkimalla kuivausilman kierrätystä. 6

7 2.3. Kuivurikehitys KATE- ja Ella-hankkeissa rakennettiin ilmavirran mittauslaitteiston lisäksi myös liikuteltava puhallin-lämmitin yksikön. Yksikön avulla voitiin mennä paikan päälle tarkastelemaan ja mittaamaan olemassa olevien puhaltimien ja kuivurin ominaisuuksia. 7

8 Puhaltimien testaukseen rakennettu laitteisto 8

9 3. Tasokuivurit Tasokuivuri on yleensä lämminilma- tai kylmäilmakuivuri, jossa puhaltimelta tuleva ilmavirta ohjataan yhden kasvimateriaalikerroksen läpi. Tasokuivuri voi olla yksitasoinen eli ns. lavakuivuri tai monitasokuivuri. Monitasokuivurissa puhaltimesta ohjataan ilmavirta jokaiselle tasolle omansa, jolloin joka tasolla voi olla eri kasvia. Lavakuivuri 9

10 Tämä kaappikuivuri on tasokuivuri. Lämminilmakuivurissa yhtenä kehittämisen haasteena on kuivausilman virtauksen saaminen tasaiseksi koko kasvikerroksen alueella. Ilmavirta pyrkii nousemaan kasvikerroksen läpi kuivurin peräosasta. Ilmavirtausta pyrittiin saamaan tasaiseksi reikälevyn valinnalla, pohjalevyä kallistamalla pituussuunnassa sekä lisäämällä ilmavirtaa ylöspäin ohjaavia levyjä ilmakanaaliin. Kuvassa savutestissä ilmavirta tulee oikealta vasemmalle eli ilmavirta on saatu nousemaan jo heti kuivurin alkupäästä. 10

11 Puhaltimelta tulevaa ilmavirtaa pysäytettiin levyllä myös heti virtauksen tultua kuivuriin sisälle, jolloin ilmavirta ei syöksynyt heti kuivurin peräosaan, vaan levisi laajalle alalle. Tasokuivurissa muodostuu erittäin herkästi materiaalipatjaan ilmavirtaukselle reikiä eli jostakin kohtaa materiaali kuivaa läpi, jolloin ilma virtaa sen kautta ja kostean materiaalin läpi ilma ei virtaa ollenkaan. Tämän vuoksi tarvitaan pöyhimistä ja kääntelyä. Insinöörityö siirrettävästä tasokuivurista Insinööri (AMK) Henrik Koivuranta suunnitteli ELLA hankeen aikana insinöörityönään siirrettävää tasokuivuria, jonka laskennallinen kertakuivauspanos on n.100 kg tuoretta mustikanversoa ja lämmitystehon tarve 12 kw. Kehitystyön mukainen 5 kerroksinen kuivuri on suunniteltu siirrettäväksi henkilöauton peräkärryllä. Insinöörityö tasokuivurista Insinööri (AMK) Timo Laukkanen suunnitteli ELLA hankkeen aikana insinöörityönään kuusikerroksista tasokuivuria ruusujuuren kuivaukseen. Laskennallinen kertakuivauspanos on 500 kg tuoretta ruusujuurta, joka lämmitystehon tarve on n. 50 kw. 11

12 3.1. Lavakuivuri viljan kuivaamiseen Sallassa toimijoiden käytössä oli perinteinen viljalavakuivuri, jossa lämmönlähteenä oli puulämmitteinen vesikiertokeskuslämmitys. Tämän tyyppisissä viljakuivureissa on usein järjestetty kuivurin tyhjennys eli laidassa on avattava luukku tyhjennystä varten. Ongelmana on alapohjan puhdistaminen. 12

13 3.2. Liikuteltava lavakuivuri viljan kuivaamiseen ELLA hankkeen aikana hankittiin rakennetietoa Savon Siemen Oy:n Peltosalmella kehittämästä ja rakentamasta siirrettävästä lavakuivurista. Kuivuri on tarkoitettu viljan ja siementen kuivaukseen. Kuivurin lavakoko on 3x10 m2 ja alusta on rakennettu kuorma-auton akselistojen päälle ja on siirrettävissä vetoautolla tai traktorilla maantiekuljetuksena. Puhaltimen käyttökoneena on dieselmoottori. 13

14 3.3. Lavakuivureita käsittelyasemille ELLA hankkeessa laadittujen rakennepiirustusten pohjalta ja hankkeiden opastuksella rakennettiin lavakuivurit viidelle käsittelyasemalle. KATE hankkeen aikana lavakuivuria testattiin mm. silputulla nauriilla ja kuivuriin lisättiin ilmankierrätysjärjestelmä, joka palautteen mukaan on tehostanut ruusujuuren kuivausta. Tässä lavakuivurissa väliseinien avulla voidaan rajoittaa kuivurin kapasiteettia tilanteen mukaan. 14

15 3.4. Peräkärrykuivuri ELLA- ja KATE- hankkeiden aikana testattavana olivat myös kaksi 4H-piirin omistamaa monitasokuivuria, jotka on rakennettu henkilöauton peräkärryn päälle eli ovat ns. peräkärrykuivureita. Kuivureita kehitettiin parantamalla niiden ilmavirtauksia ja siten kuivauksen tasaisuutta ja tehokkuutta. 15

16 4. Kerroskuivurit Kerroskuivuri on yleensä lämminilma- tai kylmäilmakuivuri, jossa puhaltimelta tuleva ilmavirta ohjataan alhaalta ylöspäin usean, reikä- tai verkkolevyn päällä olevan, kasvimateriaalikerroksen läpi. Kerroskuivureita ovat mm. kaappikuivurit sekä pudotuskuivurit Kaappikuivuri Kaappikuivurit ovat pienimuotoisessa toiminnassa nykyisin käytetyimmät kuivurit. EL- LA- ja KATE- hankkeessa tutustuttiin mm. Sodankylän, Savukosken, Sallan ja Kittilän 4H-yhdistysten kaappikuivureihin. Kaappikuivurista laadittiin ELLA- hankkeen aikana myös rakennepiirustukset. 16

17 4.2. Pudotuskuivuri Pudotuskuivurissa välihyllyjen rakenne on sellainen, että kuivattava kasvimateriaali voidaan helposti pudottaa seuraavalle alemmalle hyllylle ja materiaali tulee näin myös pöyhittyä. Pudotuskuivurien kehitys alkoi ELLA -hankkeiden aikana, jolloin savukoskelainen maanviljelijä lähti kehittämään ideaa käpykuivurinsa pohjalta. EL- LA - hankkeessa laadittiin piirustukset 2-ja 3-tasoisista pudotuskuivureista. Piirustusten pohjalta ja KATE hankkeen opastuksella Savukoskelle rakennettiin 3- kerroskuivuri, Keminmaahan kiinteä 2-kerroskuivuri sekä Sallaan siirrettävä 2- kerroskuivurit. 17

18 2-kerroskuivuri Keminmaan 4H-yhdistyksellä. 18

19 5. Hihnakuivuri ELLA-hankkeessa hankittiin tuotetietoa infrapunalämmitteisestä jatkuvatoimisesta hihnakuivurista, jonka toimittaja on Awel Technologies Oy Hämeenlinnasta. Rakenne on sopiva yrttien kuivaukseen, mutta arvioitiin sen olevan hinnaltaan liian kallis tämänhetkisille tuotantomäärille. Hihnakuivaimen periaate (kuva Pyhäjärvi-instituutti 2016). 19

20 6. Rumpukuivuri 6.1. Infrapuna-lämminilma -rumpukuivuri ELLA - hankkeen aikana tutustuttiin Kirsti Pääkkösen kehittämään, infrapunalämmitteiseen rumpukuivuriin, joka on käytössä CRS-Biotech Oy:llä Utajärvellä. Hankkeessa ei käytetty tai testattu ko. kuivuria Rumpukuivuri pyörivillä koreilla ELLA hankkeen aikana testattiin myös Puolangalla kehitettyä yrttikuivuria, jossa kiinteän rummun sisällä keskeisesti pyörivän akselin ympärille oli kiinnitetty korit, joihin kasvi sijoitettiin. Korit olivat nivelöity siten, että ne pysyivät koko ajan samassa vaaka-asennossaan. Kuivaustulos oli hyvä, mutta energiatehokkuus huono. 20

21 7. Kanavakuivuri Ella-hankkeessa tietovarastoihin saatiin rakennekuvat heinän kuivaukseen suunnitellusta kylmäilmaperiaatteella toimivasta kanavakuivurista, jossa ilma johdetaan kanavia pitkin kasvimassan alle. 8. Tunnelikuivuri KATE hankkeen aikana tutustuttiin Utajärvellä alun perin sahatun puutavaran kuivaukseen rakennettuun kuivuriin, jota nyt on kehitetty erityisesti klapien kuivaukseen. Kuivuri muodostuu teräsputkesta, joka on lähes viisi metriä halkaisijaltaan ja noin 20 metriä pitkä. Putken sisäseinämillä on kierrätysilmapuhaltimet ja lämminvesipatterit, joihin lämminvesi saadaan läheisestä lämpölaitoksesta. Kuivauksen ajaksi kuivuri alipaineistetaan, jolloin mm. kosteuden poistuminen kasvin sisältä nopeutuu. Kuivuriin mahtuu kerrallaan noin 80 irtokuutiometriä klapeja, jotka tuodaan sisään kiskoja pitkin vaunuissa. Tämän tyyppinen kuivuri olisi periaatteeltaan soveltuva myös muiden kasvien ja kasvin osien kuivaukseen, kun kuivattavat määrät ovat suuria. Tunnelikuivurin periaate (kuva Pyhäjärvi-instituutti 2016). 21

22 9. Pakkaskuivaus KATE hankkeen aikana osallistuttiin pakkaskuivaukseen liittyvän tiedon tarkasteluun ja analysointiin yhteistyössä pakkaskuivaukseen liittyvän esiselvityshankkeen kanssa. (Jokela 2006). Pakkaskuivaus perustuu jäätyneen veden muutokseen kiinteästä suoraan kaasumaiseen muotoon eli sublimoitumiseen. Prosessi jaetaan kolmeen osaan: pakastaminen, sublimaatio (primäärikuivaus) ja sekundäärikuivaus. Kaikki jäätyvä vesi pitäisi poistaa ainoastaan sublimoitumalla. Sekundäärivaiheessa poistuu ei-jäätynyt, polymeereihin sitoutunut vesi. Kuivaan tuotteeseen jää huokosia, jotka ovat samansuuruisia kuin pakastamisen aikana syntyneet jäähileet. Kuivattavat tuotteet asetetaan pakastettuina kuivaustilan hyllyille (10 20 kg/m2), minkä jälkeen tilaan imetään tyhjiö (10-130). Tyhjiö pidetään vakiona ja hyllyjä lämmitetään (20 80 oc). Olennaista on, että vesi pysyy kiinteässä tai kaasumaisessa muodossa). Pakkaskuivauksessa tuotteen kosteudesta voidaan poistaa 95% ilman että sen muoto tai koko muuttuu. Kuivauksen aikana rakenteessa tapahtuu peruuttamattomia muutoksia, eikä se palaudu täydellisesti ennalleen. Pakkaskuivatun tuotteen palautuminen tapahtuu kuitenkin nopeammin ja täydellisemmin kuin ilmakuivatun. 22